The increase in post-reaction coke strength CSR increase the furnace permeability while increasing the resistance of coke to bedding.
Decrease in CRI value will increase resistance to burning. The slowing of the combustion reaction will lead to a reduction in consumption costs, such as that of the blast furnace.
Keywords: Coke, Physical properties of coke, Coke strength, Retardation of combustion reaction
METALURJİK KOK KÖMÜRÜNÜN YÜKSEK
FIRINDA YANMA REAKSİYONUN YAVAŞLATILMASI
Onur H. DEMİRKOL, Mustafa YAŞAR, Gülüm ÖZDUMAN
onurhalildemirkol@gmail.com, myasar@karabuk.edu.tr, gozduman@kardemir.com
ÖZET
Kok, yüksek fırın şarj malzemeleri içinde en önemli ve pahalı hammadde girdilerinden biridir. Aynı zamanda kok, fırın çalışması ve üretime etkisi bakımından en önemli malzemedir. Kokun kimyasal ve fiziksel özellikleri yüksek fırın çalışma şartlarını, sıcak maden kalitesini ve yakıt oranını etkiler.
Metalurjik kok kömürünün fiziksel özelliklerinin iyileştirilmesi ile yüksek fırın içinde istenen homojen kok boyutu sağlanarak, yüksek fırın içindeki kok kırılması ve aşınmasından kaynaklı verim kayıpları önlenecektir.
Reaksiyon sonrası kok mukavemetindeki CSR artışı fırın geçirgenliği kok’un yataklık mukavemetini artırırken CRI değerindeki düşüş ise yanmaya karşı direncini artmasını sağlayacaktır. Yanma reaksiyonun yavaşlatılması ile yüksek fırının verimi artacağı gibi tüketim giderlerinde de azalmaya yol açacaktır.
Anahtar Kelimeler: Kok, Kok kömürünün fiziksel özellikleri, Kok mukavemeti, Yanma reaksiyonun yavaşlatılması ABSTRACT
Coke is one of the most important and expensive raw material inputs in blast furnace charging materials. At the same time, coke is the most important material in terms of kiln work and production effect. Its chemical and physical properties affect blast furnace operating conditions, hot metal quality and fuel ratio.
Improving the physical properties of the metallurgical coke will provide the desired homogeneous coke size in the blast furnace, thus avoiding loss of efficiency due to coke cracking and wear in the blast furnace.
I. Kömür Karbonizasyonu (Koklaşma)
Karbonizasyon, inert bir ortamda, yan ürün olarak sıvı ve gaz ürünler elde edilirken, karbon içerikli katı yakıt üretilmesi amacı ile organik maddelerin parçalanması prosesidir. Kok haricindeki diğer ürünler kömür kimyasalları veya yan ürünler olarak adlandırılır [1].
Metalurjik kok veya kısaca Met kok, çeşitli bitümlü kömür karışımlarının "destrüktif distilasyonu" sürecinde üretilen bir sert karbon maddesidir. Bir kok fırını içindeki oksijeni yetersiz bir atmosferde kömürün yüksek sıcaklıklarda (1100 ° C) karbonlaştırılmasıyla üretilir [2].
Yüksek sıcaklıkta kompleks kömür molekülü kapalı ve havasız bir ortamda ısıtılırsa kömür molekülü parçalanır. Böylece oluşan uçucu maddeler kömür bünyesinden çıktıktan sonra ortamda kalan sert, gözenekli, sünger yapılı karbon yüzdesi fazla yapıya kok, bu işleme de koklaşma denir [1].
Koklaşma özelliği olan kömürler 350 - 500°C 1er arasında yumuşayarak plastik hale gelmektedirler. Bir kömürün, sağlam parçacıklar halinde kok vermesi için, kömür parçalarının birbirlerine bağlanmaları gereklidir. Bu bağlanma işlemi de, ancak tanelerin birbirlerine yapışacak derecede plastikleşmeleri ve bunları karşılıklı sıkıca bastırabilecek bir gaz basıncının varlığı halinde mümkün olmaktadır. Bir başka deyimle, kömür tanelerinin bu plastikleşme esnasında bir taraftan belirli bir dereceye kadar şişmeleri ve diğer taraftan da şişen plastik kütlenin tanelere yapışacak dereceye kadar yumuşak olmaları icap etmektedir.
Şayet, tanelerin şişme ve yumuşamaları çok az olursa, taneler birbirlerine bağlanamayarak geride toz halinde kok kalmakta ve çok fazla olursa, süngerimsi yapıya sahip mukavemeti düşük kok meydana gelmektedir [3].
Şekil 1 'de koklaşma işleminin basamakları görülmektedir. Şişme, plastikleşme, yeniden katılaşma ve bundan sonra meydana gelen büzülme; Ayrıca bilindiği gibi, kömürlerin plastikleşme derecesi ve şişme kabiliyeti kömür karbonlaşma durumuna ve kömürün petrografik yapısına göre değişmektedir. Koklaşma sırasında tatbik edilen ısıtma hızı da plastikleşme ve şişmeyi etkileyen önemli bir faktördür [3].
II. Kok Kömürünün Yüksek Fırın İşleyişine Etkileri ve Önemi
Kok, yüksek fırın şarj malzemeleri içinde en önemli ve pahalı hammadde girdilerinden biridir. Aynı zamanda kok, fırın çalışması ve üretime etkisi bakımından en önemli malzemedir. Kokun kimyasal ve fiziksel özellikleri yüksek fırın çalışma şartlarını, sıcak maden kalitesini ve yakıt oranını etkiler. Genel olarak yüksek fırın problemlerinin % 75'inin koktan kaynaklandığına inanılmaktadır. Kok, yüksek fırın toplam hacminin % 55'ini, reaksiyon bölgesinin % 75'ini oluşturmaktadır [4].
Çok yüksek yakıt enjeksiyonu olduğu durumlarda kokun önemi daha da artar ve daha yüksek kalorilik değere sahip olmak zorundadır. Kok özellikleri, özellikle fırının alt bölgelerindeki mekanik mukavemeti, yüksek fırının maksimum teknik kapasitesini belirleyen etkendir [4].
Yüksek Fırın prosesi iki temel fonksiyona sahiptir. Bunlardan ilki, demirli hammadde girdisinde demirle birleşik halde bulunan oksijeni ayırmaktır. İlk amaç, demir oksitlerinin karbon monoksit, karbon dioksit ve metalik demir oluşturacak şekilde, kok içerisinde bulunan karbon ile kimyasal reaksiyonları sonucu gerçekleşir. İkinci olarak proses, kimyasal reaksiyonların ürünü olan metali, cevher gang'ı ve kok külü artıklarının oluşturduğu cüruftan ayırmalıdır. Bu amaca hem metali hem cürufu ergiterek, yoğunluklarında farklılıklar meydana getirerek; istenmeyen cürufun sıvı metal tabakası üzerinde yüzmesinin sağlanmasıyla ulaşılır [4].
A.
Y
üksek fırında kokun rolüYüksek Fırında indirgenme ve ergime proseslerinde demirli malzemeler kok tarafından desteklenmektedir. Şarj malzemelerini desteklemek için kokun yerini alabilecek malzeme yoktur. Tüyer önünde (racevvay'de) kok indergeyici gazlan ve yüksek ısıyı sağlamaktadır [4].
Fırının alt bölgelerinde parçalar arasında boşluk bulunması yüksek fırının stabil çalışması açısından çok önemlidir. Kokun en önemli özelliği fırın içindeki değişen atmosfer ve sıcaklığa karşı mekanik dayanımıdır.
Boyut, oda sıcaklığındaki mukavemet ve yüksek sıcaklık mukavemeti, kokun en önemli üç kalite özelliğidir. Kimyasal analizin istikrarlı olması ve düşük rutubet miktarları da önemli kalite parametrelerindendir [4].
Kok’un kimyasal ve fiziksel özellikleri fırın gövdesindeki geçirgenliği, ısı kayıplarını, haznenin boşalması ve döküm şartlarını, sıcak maden silisyum miktarını (% Si), ısı tüketimini ve indirgenme verimliliğini doğrudan etkilemektedir. Kokun
Enerji girdisi (2 C + O2 2 CO + ısı)
Redükleyici gazın oluşturulması (2 C + O2 2 CO + ısı)
Demir oksidin redüklenmesi (FeO + CO Fe + CO2)
CO2in rejenerasyonu(CO2 + C 2 CO),
Sıcak metalin karbürizasyonu,
Gaz geçirgenliği ve gazın fırın içerisinde dağılımı
Fırına şarj edilen malzeme yüküne dayanım,
Sıvı ürünlerin fırın içerisinde yatay ve dikey drenajı
Özellikle kömür enjeksiyon miktarının yüksek olduğu durumlarda, kok çok daha uzun süre haznede kalmak zorundadır. Bu ise, kok mukavemetinin yüksek olması zorunluluğunu doğurmaktadır.
Kok, gözenekli, açık bir morfolojiye sahiptir ve bazı durumlarda camsı görünebilir. Kok neredeyse hiç uçucu madde içeriğine sahip değildir; ancak, orijinal kömürünün bir parçası olan "kül" bileşenleri kok içine sıkışarak kalır. Kok yoğunluğu tipik olarak 0.78 civarındadır. Yüksek kaliteli kok, dar limitlerde değişebilen belirli bir fiziksel ve kimyasal özellik kümesi ile karakterize edilir. Kok özellikleri aşağıdaki iki gruba ayrılabilir [2]
B. Fiziksel Özellikler
Kok koheziv, tüyer raceway ve hazne bölgelerinde katı halde kalabilen tek malzemedir. Bu nedenle kokun fiziksel özellikleri (boyut, mukavemet, boşluk oranı, yüzey alanı) koheziv ve hazne bölgesinde gaz / sıvı dağılımını ve geçirgenliğini belirleyen en önemli etkendir [4].
1) Kok Boyutu
Kok fabrikasında proses yeterliliği varsa büyük boyutlu ve yüksek mukavemetli kok üretimi istenmektedir. Büyük kok parçacıkları arasındaki boşlukları dolduran küçük boyutlu kok ve demirli malzeme tozlarının geçirgenlik üzerine ters etkisi vardır.
Bunu önlemek için dar bir boyut aralığının sağlanması önemlidir. Fırın kok boyutu, operatörlerin anlayış ve tecrübelerine göre üç yolla belirlenir.
Ortalama kok boyutu : tipik olarak 55 mm ± 2
Kok boyut aralığı : tipik olarak -75 +19 mm
Belirli bir boyuttan daha büyük olanlar : tipik olarak + 50 mm boyut % 35-40
Fırın geçirgenliği önemli bir proses parametresi olduğu için, kok boyutunun en önemli etkisi fırına üflenen hava miktarı üzerine, başka bir deyişle üretim üzerine olmaktadır. Eğer kok boyutu çok ufaksa kok oranı da ters yönde etkilenmektedir.
Küçük boyutlu kokun doğuracağı sonuçlar ise
Doğrudan sıvı ve gaz geçirgenliğini ve alt bölgelerdeki dağılımlarını etkiler. Haznedeki ısı transferini azaltır ve duvar ısı yükünü artırır. Sıvı seviyesinin etkilenmesi ve sıvı akışının zorlaşması düzgün olmayan gaz akışına ve gaz dağılımının bozulmasına neden olur.
Dolaylı olarak gaz geçirgenliğini öyle bir noktaya düşürebilir ki, işletmecinin cevher/kok oranını azaltmaktan (kok oranını artırmak) veya hava sıcaklığını düşürmekten veya hava rutubet oranını artırmaktan başka bir seçeneği kalmayabilir. Bunlar da yine cevher / kok oranının azaltılmasına, yakıt oranının ve maliyetin artmasına neden olacaktır.
Kok üretildikten sonraki başlangıç boyutları yüksek fırına ulaşacak kokun durumunu belirleyen en önemli faktördür. Bu aynı zamanda tüyer seviyesindeki kokun boyutuna da doğrudan etki etmektedir. Verimli bir fırın çalışması için büyük boyutlu (ortalama 55 mm) ve dar boyut dağılımına (± 10 mm) sahip koklar tercih edilmektedir. Normal şartlarda kok boyutları 19-75 mm arasında ve ortalama boyut 55 mm civarında tutulmaya çalışılmaktadır.
tüyer bölgesindeki davranışı, şarj malzemeleri ile gazların etkileşimini ve fırının normal boşalmasını etkiler. Sonuç olarak kok özellikleri yüksek fırın prosesinin teknik sınırlarını belirler [4].
Kokun yüksek fırın operasyonundaki rolü aşağıda özetlenmiştir [5];
2) Kok Mukavemeti
Yüksek fırın kokunun mekanik mukavemetini tesbit etmek için değişik metotlar kullanılmaktadır. ASTM Stabilite İndeksi Kuzey Amerika'da, Micum/Irsid Avrupa'da ve JIS Tambur İndeksi Japonya' da yaygındır. Bu testlerin hepsi kırılma ve aşınmayı, maniplasyon mukavemetinin simulasyonunu ve fırın içinde kok üzerine gelen fiziksel yükleri tespite yöneliktir.
Bu testlerin hepsi kırılma ve aşınmayı, manipülasyon mukavemetinin simulasyonunu ve fırın içinde kok üzerine gelen fiziksel yükleri tespite yöneliktir.
Belli bir fırın boyutu ve kullanılan malzeme kompozisyonu için kok mukavemetinin optimum bir değeri vardır. Kok mukavemeti bu optimum değerden daha düşük olursa doğrudan kok oranını ve dolaylı olarak ta üretimi ve fırının verimliliğini etkiler.
Kok mukavemetinin kok oranı ve üretim üzerine etkisinin dışında fırından sıcak maden ve cürufun alınması üzerine de çok önemli etkileri vardır. Yakın yıllarda yapılan çok önemli çalışmalar sonucu dökümün rahat alınmasının kok boyutu ve boşluk oranı ile doğru orantılı fırın çapı ile ters orantılı olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle kokun fiziksel özellikleri fırın çapı büyüdükçe daha kritik hale gelmektedir. Kuzey Amerika'daki fırın işletmecilerinin tecrübesine göre kok ASTM stabilitesindeki
% 1 artış stabilite % 55-59 arasında ise kok oranını 7,5 kg/TSM azaltmaktadır. Eğer stabilite % 59-62 arasında ise stabilitenin kok oranına etkisi 2,3 kg/TSM seviyesine düşmektedir [4].
3) Reaksiyon Sonrası Kok Mukavemeti (CSR)
Yakın yıllarda soğuk tambur indeksleri, boyut ve kimyasal özelliklerin yanında reaksiyon sonrası kok mukavemetide yüksek fırın işletmecileri tarafından kritik bir parametre olarak kabul edilmiştir. Bu test 1970'li yıllarda fırın prosesini daha iyi simule etmek için Nippon Steel tarafından geliştirilmiştir.
Reaksiyon sonrası mukavemetin temeli kok bozunum reaksiyonu (solution loss reaction) sonrasında oluşan mekanik yüklere karşı kokun mukavemetini ölçmektir. CSR/CRI testi fırının tüyer (raceway) bölgesine girmeden önce kok bozunum reaksiyonu sebebiyle kokun kısmi gazlaşmasının simülasyonuna dayanmaktadır. CSR değerinin yakıt oranı, fırın geçirgenliği, raceway boyutu, üretim üzerine etkisi vardır [4].
4) Kok Rutubeti
Kokun rutubet miktarıda verimli yüksek fırın çalışmasını belirleyen önemli bir kalite parametresidir. Kok rutubetindeki % 1 artış eşdeğerinin 10 kg/ton kok veya 5 kg/TSM kok olduğu söylenebilir. Bu ise tepe sıcaklığının yaklaşık 7 °C (500 kg/TSM kok oranında) azalması anlamına gelmektedir. Kok rutubetinin sabit bir değerde olması yakıt girdisi dengesi ve fırının ısıl dengesi bakımından çok önemlidir. Kok rutubetinin çok fazla değişkenlik göstermesi ve bunun zamanında tespit edilerek tedbir alınmaması durumunda fırın çalışması ve sıcak maden kalitesi üzerine etkisi büyük olmaktadır. Yüksek değerlerdeki rutubet fırında aşırı soğumalara neden olmaktadır [4].
C Kimyasal özellikler
Kaliteli bir kokta kül, alkaliler, fosfor ve çinko gibi problemli maddeler az miktarda olmalı ve kükürt gidermenin bir maliyeti olması nedeniyle kok içinde kükürt oranı düşük olmalıdır. Kokun kimyasal özellikleri bu nedenle önemlidir [4]
1) Kok Külü
Yüksek fırında düşük cüruf oranı istendiğinden kok külü oranının düşük olması çok önemlidir. Kok külünün yüksek fırın ısı balansı üzerine önemli iki negatif etkisi vardır.
Yüksek kül miktarı daha düşük karbon miktarı yani daha düşük kalorifık değer demektir. Külün % 1 artışıyla racevvay' de 25 Kcal/ kg-kok enerji girdisinde azalma meydana gelmektedir.
Kül miktarının artmasıyla bu külü ergitmek için ilave enerji gereksinimi ortaya çıkmaktadır. Kok külü genelde % 50 SiO2 ve % 30 Al2O3'dan (asit bileşenler) oluşmaktadır. Bu nedenle gerekli flaks malzemeleri (CaO veya CaCOs) eklenmesi gerekebilir. Bu ise sonuçta cüruf hacminin ve kok oranının artmasına neden olmaktadır.
Koklar yüksek fırına şarj edilmeden önce şarj besleme sisteminde 1" eleklerde elenmektedir. Genel olarak +37 mm (1 /4") kok boyutundaki % 10 artışın kok oranını 5 kg/TSM düşürdüğü ve üretimi % 1 artırdığı kabul edilmiştir [4].
Kok içindeki izotropik karbonun tercihli olarak bozunumunun hızlanması. Bu kokun fırının alt bölgelerindeki mekanik mukavemetinin azalmasına neden olur.
Alkalilerin bir kısmı fırının üst bölgelerinde fırın astarına skafolt veya skab olarak yapışır. Sonuç olarak malzeme hareketini engeller,kayma ve askılanmaya neden olur.
Alkaliler şiliko-aluminyum bazlı refrakterlere nüfuz ederler ve fırın astarının zarar görmesine neden olurlar. Belli durumlarda eğer alkali girdisi çok yüksekse haznedeki karbon tuğlalara ve kenar duvarlarına da zarar verebilir [4].
D.Yüksek fırında kok hareketi
Yüksek fırına kok şarjı yapıldığında şarj kolonunun yüzeyinde belirli bir boyut segregasyonu meydana gelmektedir. Daha büyük parçalar fırın merkezine doğru küçük parçalar ise fırın kenarlarına doğru hareket etmektedir. Başlangıç aşamasında, şarj kolonunun tepesindeki kok yükselen gazlarla ısıtılıp kurutulmaktadır. Bu alan içindeki kok hareketi 60 mm/dakika mertebesindedir. Isıl korunum bölgesinde (thermal reserve zone) kokun çok az bir bölümü yükselen indirgeyici gazların içindeki CO gazıyla gazlaşır [4].
Daha sonrasında kok, 60 mm/dakika hızla kohesiv bölge içinde kok katmanları oluşturacak şekilde aşağıya doğru iner.
Temel olarak kohesiv bölge katmanları gaz akışı için geçirgen değildir. Bu nedenle 1.000 °C üzerindeki sıcaklıklarda gazların tümü kok katmanları içinden yukarılara çıkar. Daha sonra 1.200 °C üzerindeki sıcaklıklarda kok "aktif kok bölgesinin" üst bölümüne iner ve burada damlayan ergimiş malzemelerle (sıcak maden ve cüruf) temasa geçer. Kokun aktif kok bölgesi içindeki aşağıya yatay hareketinin hızı yaklaşık 100 mm/dakikadır. Kokun önemli bölümü tüyer önündeki hava boşluğuna (racevvay) doğru hareket eder. Burada kok tüyerlerden üflenen havanın kinetik enerjisi tarafından oluşturulan türbülans nedeniyle (yaklaşık 50 m/saniye) yanar. Sadece kokun çok az bir bölümü fırın haznesine ulaşabilir. Fırın haznesine ulaşan kok ergimiş sıcak maden banyosu içinde yavaşça erir. Deadman bölgesinden hazneye kokun hareketi çok yavaştır ve 0,1 mm/dakika hızla hareket etmektedir [4].
E. Yüksek fırında kok kırılması
Maniplasyon sisteminden başlayarak tüyer bölgesine kadar yüksek fırında kok boyutundaki azalma iki ayrı kırılma aşaması sonucudur.
Kok fabrikası ile yüksek fırında malzeme seviyesi arasındaki kokun mekanik etkileşimler nedeniyle kırılması.
(Malzeme seviyesine kadar olan mekanik kırılmanın simülasyon neticesinde 1,2-12,5 mm arasında değiştiği ve bunun toplam kırılmanın % 30'unu oluşturduğu tespit edilmiştir.
Fırın malzeme seviyesi ile tüyerler arasında meydana gelen kimyasal,ısıl ve mekanik değişimler sonucunda kokun kırılması. Malzeme seviyesi ile tüyerler arasındaki kırılma malzeme seviyesine kadar olan kırılmadan çok daha Kül miktarının her % 1 kg/ton artışı yaklaşık 6 kg CaO veya 10 kg CaCO3 gerektirmektedir. Bunun sonucunda ton kok başına cüruf hacmi 16 kg artmaktadır. Bu ise her % 1 kok külü artışı için 10 kg/TSM kok oranının artması demektir. Kok külünün artması aynı zamanda sıcak madendeki silisyum ve kükürdünde yükselmesine neden olmaktadır [4].
2) Kok Kükürdü
Kok kükürdünün her % 0,1 artışı sonucu kok oranı 2,5 - 4,0 kg/TSM artmaktadır. Kokta kükürdün yüksek olması cüruf bazitesinin artmasına veya başka bir deyişle daha fazla kireçtaşı kullanılması anlamına gelmektedir. Bu ise kok oranının artmasına neden olmaktadır. '31 Kükürt çelikte zararlı bir element olduğundan sıcak madende kükürdü % 0,02-0,06 oranlarına düşürmek için mutlaka kükürt giderme işlemi yapılmak zorundadır. Kaliteli ve ekonomik sıcak maden üretmek için düşük kül ve kükürt miktarına sahip kok kullanımı gerekmektedir [4].
3) Kok Alkalileri
Fırın çalışması üzerine negatif etkileri nedeniyle kok alkalileri (K2O, Na2O) düzgün bir fırın çalışması için çok önemlidir.
Genel politika demirli malzeme ve kömürlerin dikkatli seçimi yoluyla düşük toplam alkali girdisini (2 kg/TSM) sağlamaktır.
Yüksek fırın kokları içinde toplam alkali % 0,2 olmalıdır.
Alkaliler yüksek fırına cevher gangının veya kok külünün bir kısmını oluşturan kompleks silikatlar şeklinde girerler. Yüksek fırını terk edişleri ise refraktere yapışanları (skafold) dışında cüruf ve tepe gazı yoluyla olur. Yüksek sıcaklık nedeniyle yüksek fırının alt bölgelerinde alkali oksitleri (K2O, Na2O) indirgenerek buharlaşır ve diğer gazlarla birlikte yukarıya doğru çıkar.
Fırının üst bölgelerinde sıcaklığın düşmesiyle tekrar yoğuşur. Fırın içindeki bu sirkülasyon tüyer-raceway alanına yakın kısımlarda ağır alkali birikmesine neden olur. Tüyer seviyesinden alınan kok numunelerinde alkali miktarı normalin 10 katı fazla çıkmıştır. Genelde alkaliler fırın çalışmasını üç yolla etkiler:
değişkendir ve önemli seviyededir. Bu kırılma 3,3-24,0 mm arasında değişmektedir ve toplam boyut değişiminin ortalama % 70'ini oluşturmaktadır [4].
1) Kırılma
Malzeme seviyesine ulaşıncaya kadar mekanik etkiler nedeniyle toplam boyut küçülmesi yaklaşık 5 mm'dir. Bu toplam kırılmanın % 9'unu oluşturmaktadır [4].
2) Aşınma
Aşınma demir içeren malzemelerin kok üzerine yüklenmesi, daha ağır ve yoğun malzemeler arasında sandviç katmanlar şeklindeki kokun aşağıya hareketi sebebiyle oluşmaktadır. Bu kırılma malzeme seviyesinde (-200 °C) başlamakta ve sıcaklıkların 1.300 °C'lere ulaştığı gövde, koheziv bölge ve aktif kok bölgeleri boyunca devam etmektedir. Aşınma nedeniyle kok boyutu yaklaşık 2 mm düşmektedir [4].
III. Metalurjik Kok Kömürünün Yüksek Fırında Yanma Reaksiyonun Yavaşlatılması
Metalurjik kok kömürünün kimyasal madde kullanarak fiziksel ve kimyasal özelliklerinin iyileştirilmesinin yüksek fırında kok kömürünün yanma reaksiyonunun yavaşlatılması yönünde olumlu veya olumsuz etkilerini araştırmak ve deney sonuçlarının net şekilde kıyaslanması açısından önem teşkil etmektedir.,
Testler oda sıcaklığında doymuş çözelti olarak hazırlanmış ottoboraks ve yüzey aktif maddeden oluşmaktadır test için hazırlanan çözelti örnek numunelere püskürtme yöntemi ile uygulanmıştır. Numuneler aynı harman özelliği olan kok kömüründen alınmıştır ve numune alımı bir defa da gerçekleştirilmiştir. Testlerin her biri için 15 kğ olmak üzere toplamda 105 kğ numune alınmıştır.
Ham numune ile çözelti püskürtülen numunelerin CSR ve CRI değerlerinde elde edilen artışlar Tablo 1’de listelenmiştir.
Tablo 1 Kok numunelerine uygulanan çözelti ile CSR/CRI değerlerine etkileri Kimyasal madde kullanılarak yapılan CRI/CSR testi çalışmaları
Çözelti Kok Örnekleri CRI % CSR %
Na2B8O13.4H2O (OTTOBORAKSS) ve yüzey aktif
madde ile hazırlanan çözelti
ORJİNAL NUMUNE (HAM NUMUNE) 36,6 45,42
I. çalışma 25,33 63,51
II. çalışma 28,19 59,64
III. çalışma 31,68 51,21
IV. çalışma 28,51 55,26
V. çalışma 28,6 57,07
VI. çalışma 31,15 51,99
Kok numunesi ve solüsyonlar şartlandırmadan (ısıtılmadan) kullanılmıştır.
IV. SONUÇ
Labratuvar ortamında yapılan bu pilot uygulama kok kömürü’ne boraks ürünü ve yüzey aktif madde uygulandığın da CSR ve CRI indekslerinin artırılmasının mümkün olduğuu gösterdi.
Metalurjik kok kömürü’nün CSR değerlerindeki artış, kok mukavemetinin artmasını sağlayarak yüksek fırın içerisindeki kok hareketlerini, kok aşınması, kok kırılması, yüksek fırın rejimini yakından ilgilendiren kokun fiziksel özelliklerinden kaynaklı problemlerin azalmasını sağlayacaktır.
Met kokun aşınma ve kırılma problemleri CSR değerlerindeki artışa paralel azalacağından fırın içinde homojen tane boyutu sağlanmış olacak ve buda kok’un yüksek fırın içerisindeki yataklık görevini tam anlamıyla gerçekleştirmesini sağlayarak fırın içindeki gazların yukarı yönlü hareketi ile curuf’un aşağı doğru hareketi daha stabil hale gelecektir.
Metalurjik kok’un mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi fırın verimi’nin artmasına fırından alınan ham demirin kalitesinin artmasına da katkı sağlayacaktır.
Yüksek fırın prosesinde en önemli enerji girdisi olan kok kömürü’nün CRI değerlerindeki iyileştirme kokun yüksek fırın içinde yanmaya karşı direncini artırarak yanma reaksiyonun yavaşlatıp fırına şarj edilecek kok miktarının azalmasını sağlayacaktır.
Kok tüketim oranlarındaki azalış yüksek fırında üretilen ham demirin ton başına tüketilen kok miktarını da azaltacağından üretim ve tüketim maliyetlerini de azaltacağı öngörülmektedir.
KAYNAKLAR
[1] “Kok Fırın Gazı Prosesleri ve Ek Tesisleri” ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı Yüksek Lisans Tezi “A.Mesud ÇAKIR”
[2] http://ispatguru.com/metallurgical-coke/
[3] “Metalujik Kok Üretimine Elverişli Kömür Bazının Genişletilmesi Çalışması” MTA Enstitü Çalışması
Dr. Maden Yük. Mühendisi Mevlüt KEMAL, Kimya Yük. Mühendisi Muzaffer SARAÇOĞULLARI, Kimya Mühendisi Halûk S. ERBEN
[4] “KOK ÖZELLİKLERİNİN YÜKSEK FIRIN PROSESİNE ETKİLERİ VE ÖNEMİ” 1. DEMİR ÇELİK SEMPOZYUMU BİLDİRİLERİ Hasan AKBULU
[5] “YÜKSEK FIRINLARDA VERİM ARTIRMAK AMACIYLA KOKLAŞABİLİR YERLİ ve İTHAL KÖMÜRLERİN OPTİMUM HARMANLAMA ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ” ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ Fen Bilimleri Enstitüsü Maden Mühendisliği Anabilim dalı Yüksek Lisans Tezi “Burak BULUT”
